JP3584367B2 - 定液圧供給装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、管に充填された液の圧力を密閉状態で制御することにより、管の液圧供給口に吸引又は吐出用の一定の液圧を供給する定液圧供給装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば血球計数器において、その検知管の微細孔を通過した血球の数やその体積を測定する場合、希釈された血液をポンプにより検知管を通して吸引するか、検知管から吐出させ、測定容積はポンプの動作時間を基に設定するのが通常である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このような柔軟性のある血球の数や体積を精度良く測定するためには、微細孔付近の血液希釈試料の流れを一定にするか、或は変化するにしても測定開始時の液圧は測定の都度一定でその後の変化状態を一定にする必要がある。しかしながら、典型的な圧力制御方法として圧力センサの検知信号に応答してポンプをフィードバック制御する装置では、圧力精度を確保するのがコスト高となり、圧力センサの校正が必要に応じて要求される煩雑である。さらに、液圧が変動すると一定時間に対する測定流量が変動することになる。
【0004】
本発明は、このような点に鑑みて、構成を複雑にすることなく、高精度の吸引又は吐出用定液圧を供給し得る定液圧供給装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この目的を達成するために、陰圧の定液圧を供給する吸引式の場合、請求項1により、管に設けられた液圧供給口に、管内に液を陰圧で吸引する定液圧を供給する定液圧供給装置において、液圧供給口の上方に位置する上側口部と、その下方に位置する下側口部とを管に設けると共に、上側口部に大気開閉弁を接続し、下側口部にポンプを接続し、管に充填された液の液面が上側口部よりも下方の基準液面レベル及びこの基準液面レベルより下方で、かつ液圧供給口及び下側口部よりも上方に位置する液圧設定用液面レベルに達するのを検知する液面レベル検知手段と、この液面レベル検知手段の検知信号に応答して、液面が基準液面レベルに達したのが検知された時点で大気開閉弁を閉鎖させ、液面が液圧設定用液面レベルに下降するのが検知される時点までポンプに吸引を行わせて定液圧を設定する制御回路とを備えたことを特徴とする。
【0006】
液面が基準液面レベルに達して大気開閉弁が閉鎖された時点において、液面より上側の大気圧Poの密閉された容積V1が、ポンプの吸引により液圧設定用液面レベルへ下降して容積V2に拡大したとすると、液面の液圧Pはボイル−シャルルの法則より、次の式(1)に低下する。つまり、液圧供給口には、基準液面レベル及び液圧設定用液面レベル間に相当する容積膨張に対応して減圧された定液圧が供給される。
【0007】
P=Po×(V1/V2)………(1)
【0008】
前述の目的を達成するために、陽圧の定液圧を供給する吐出式の場合、請求項6により、管に設けられた液圧供給口に、管から液を陽圧で吐出する定液圧を供給する定液圧供給装置において、液圧供給口の上方に位置する上側口部と、その下方に位置する下側口部とを管に設けると共に、上側口部に大気開閉弁を接続し、下側口部にポンプを接続し、管に充填された液の液面が上側口部よりも下方の液圧設定用液面レベル及びこの液圧設定用液面レベルより下方で、かつ下側口部よりも上方に位置する基準液面レベルに達するのを検知する液面レベル検知手段と、この液面レベル検知手段の検知信号に応答して、液面が基準液面レベルに達したのが検知された時点で大気開閉弁を閉鎖させ、液面が液圧設定用液面レベルに上昇するのが検知される時点までポンプに吐出を行わせて定液圧を設定する制御回路とを備えたことを特徴とする。この場合、前述の式(1)で容積V1が、容積V2へ圧縮されて液圧Pは増圧する。
【0009】
定液圧供給下での液の流量を任意に設定するには、吸引式の場合、請求項2により、液圧供給口に液圧供給弁が設けられ、制御回路が、定液圧の供給を開始させる際に液圧供給弁を開放させ、液面レベル検知手段が液圧設定用液面レベル又はこの液圧設定用液面レベルよりも上方の所望の容積に対応する供給停止用液面レベルに液面が達するのを検知した検知信号に応答して液圧供給弁を閉鎖させる。吐出式の場合、請求項7により、液圧供給口に定液圧供給用弁が設けられ、制御回路が、液圧供給口に定液圧の供給を開始させる際に液圧供給弁を開放させ、液面レベル検知手段が液圧設定用液面レベル又はこの液圧設定用液面レベルよりも下方の所望の容積に対応する供給停止用液面レベルに液面が達するのを検知した検知信号に応答して液圧供給弁を閉鎖させる。
【0010】
定液圧の供給開始後も開始時と同一液圧を供給するには、吸引式の場合、請求項3又は4により、制御回路が、定液圧の供給開始後、液面を液圧設定用液面レベルに保持するように、ポンプに下側口部から液の吸引を行わせるか又はポンプを上側口部又は下側口部に選択的に接続する三方弁を設けると共に、制御回路が、定液圧の供給開始後、液面の上昇に対応した液圧上昇を補償するように、ポンプを上側口部に接続させて上側口部から空気の吸引を行わせる。吐出式の場合、請求項8又は9により、制御回路が、定液圧の供給開始後、液面を液圧設定用液面レベルに保持するように、ポンプに下側口部から液の吐出を行わせるか又はポンプを上側口部又は下側口部に選択的に接続する三方弁を設けると共に、制御回路が、定液圧の供給開始後、液面の下降に対応した液圧低下を補償するように、ポンプを上側口部に接続させて上側口部から空気の吐出を行わせる。請求項9の場合に、充分な吐出流量に対して定液圧を確保するには、請求項10により、三方弁及び上側口部間に大気開閉弁で密閉される容積を管内容積に加えて拡大する空気タンクが設けられる。
【0011】
ポンプにローラポンプ等の非定常圧ポンプを用い、その際この種のポンプに固有の拍動を抑制するには、吸引式の場合、請求項5により、ポンプが非定常圧ポンプであり、この非定常圧ポンプの出口を、上方に空気室を残して液を貯える緩衝タンクの下端に接続させる。吐出式の場合、請求項11により、ポンプが非定常圧ポンプであり、この非定常圧ポンプの出口を、上方に空気室を残して液を貯える緩衝タンクの上端に接続させる。
【0012】
本発明を血球計数器として実施するには、請求項12により、吸引式又は吐出式の液圧供給口に、検知管を接続する。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1及び図2を基に本発明を血球計数器に適用した場合の実施の形態の一例による吸引式の定液圧供給装置を説明する。10は吸引流量を設定するため定量管として機能する管であり、上端に上側口部11及び下端に下側口部12を備えている。上側口部11及び大気開放口14a間には、この間のパイプ11aにより空気タンク13を介して大気開閉弁14が接続されている。さらに、上側口部11には、パイプ11aに対して分岐したパイプ11bにより三方弁15が接続されている。この三方弁は、緩衝タンク21を介して非定常圧ポンプの一種であるローラポンプ20を選択的にパイプ11bを通して上側口部11に又はパイプ11cを通して下側口部12に接続させる。ローラポンプ20は、周知のようにその回転子20aがポンプチューブ20bを押潰すように図で見て反時計方向へ回転することにより吸引を行う。緩衝タンク21は、上方に空気を残して液を貯え、その上端にローラポンプ20の出口が接続することにより、回転子20aの押潰し動作の開始時に生じる吸引量の変動に起因する拍動を平滑化させる。
【0014】
下側口部12には、パイプ11cと分岐して液圧供給口12aを構成するパイプ11dが接続し、液圧供給口12aを開閉する液圧供給弁9が接続されている。この弁には、血球希釈試料7が貯えられた容器8に浸漬される検知管5が接続されている。この検知管は、周知のように下端が密閉された管に、その管の内部と外部を連結する微細孔及びその管の内部と外部の両側に電極が設けられており、測定時には両電極間に電圧が印加され、微細孔に粒子が通過した場合、電極間の抵抗が増加することを検知し、粒子をカウント等を行う。管10には、上側口部11よりも下方の基準液面レベルh1及びこの基準液面レベルより下方での液圧設定用液面レベルh2をそれぞれ検知する液面センサ17、18が液面レベル検知手段として設けられている。液圧設定用液面レベルh2は、この液面レベルで設定された液圧を供給可能にするために供給口12a及び下側口部12よりも上方に位置する必要がある。基準液面レベルh1及び前述の各部には、これらの液面センサの検知信号に応答して次のように作動する制御回路29が付属している。
【0015】
即ち、予備操作により、例えば液圧供給弁9を通して下側口部12を経由して緩衝タンク21内に希釈液或は血球希釈液を部分的に吸引し、次いで三方弁15を上側口部11に切換えて大気開閉弁14を閉鎖させて基準液面レベルh1より上方まで充填させ、液圧供給弁9を閉鎖させておく。次いで、液圧設定キーの操作で入力する液圧設定信号に応答して、大気開閉弁14を開放させた状態で三方弁15を下側口部12に切換えてローラポンプ20に吸引を行わせ、液面が基準液面レベルh1に下降したのを液面センサ16が検知した時点で大気開閉弁14を閉鎖させ、続く吸引により液面が液圧設定用液面レベルh2に達したのを液面センサ17が検知した時点でローラポンプ20を停止させる。これにより、液面が基準液面レベルh1から吸引により液圧設定用液面レベルh2に下降して、液面より上側の空気タンク13及び付属パイプ内の大気圧Poの密閉された容積V1が、容積V2に拡大したとすると、前述の式(1)により、Po(V1/V2)に低下した液圧Pが発生される。
【0016】
液圧供給キーの操作で入力する液圧供給信号に応答して三方弁15を上側口部11に接続し、定液圧供給用弁9を開放させ、定液圧の供給開始後も定液圧を保持するようにローラポンプ20を検知管5からの吸引速度に対応した低速度で作動させ、液面が基準液面レベルh1に上昇したのを液面センサ16が検知した時点で液圧供給を終了させるように停止させる。空気タンク13の容積は、基準液面レベルh1及び液圧設定用液面レベルh2間で規定される定量に対して所望の液圧Pを設定するのに必要な容積比V1/V2が得られるように設定されている。
【0017】
このように構成された定液圧供給装置の動作を図2を参照して説明する。予備操作に次いで液圧設定キーを操作すると、液圧供給弁9を閉じた状態で大気に接触している血球希釈液が下側口部12から吸引されて基準液面レベルh1に達した時点で大気と遮断され、さらに液圧設定用液面レベルh2まで吸引されて、下側口部12には、液面より上方の単に容積変化比に対応した一定の陰圧の液圧Pが液圧供給口12aに供給される。
【0018】
液圧供給キーを操作すると、液圧供給弁9が開放すると共に、管10内の液圧Pの陰圧により、容器8に用意された血球希釈試料7の吸引が開始され、液面が上昇する。その際、上昇速度に対応した低速度でローラポンプ20が回転し、液面の上方の空気が吸引されることにより液圧の供給開始後もその定液圧が保持される。液面が基準液面レベルh1に達した時点でローラポンプ20が停止すると共に、液圧供給弁9が閉鎖して液圧供給が終了する。この間の測定中、血球希釈試料7が検知管5の先端部の微細孔から吸引され、基準液面レベルh1及び液圧設定用液面レベルh2間の管容積に相当する流量の血球数やその体積が定液圧下で測定される。測定中、圧力緩衝タンク21によりローラポンプ20の補償用吸引圧力の拍動が上部の大きな容積の空気で緩和されるために、圧力リップルを伴わない定液圧下で高精度の測定が行われる。
【0019】
尚、液面レベル検知手段としては、2個所の液面センサ16、16a、17、17aの外に、液面センサを追加してし、2つ以上の定液圧値を設定してもよい。また、図5のように、管10の両側に光源部22及び受光部23を設けて、受光部23での受光分布或は受光量積算値から液面レベルを検出させても良い。液面レベル検知手段としては、液面センサ17に代えてパイプ11cに流量センサを設けて液圧設定用液面レベルh2への到達を吸引流量として検知する等の他の構成も考えられる。さらに、液面レベル検知手段を3段以上の液面を検知するように構成しておき、定液圧の吸引流量を基準液面レベルh1への復帰に対応する容積に設定するのに限らず、その途中レベルの容積に対応する流量を選択可能にすることもできる。
【0020】
液圧供給過程で定液圧を保持するための方法としては、制御回路が、液圧供給口12aから管10内への定液圧での吸引が開始される時点で、三方弁15を下側口部12に接続させてローラポンプ20に吸引を行わせて、液圧設定用液面レベルh2に液面レベルを保持する速度で回転させることにより、液圧上昇を補償することが考えられる。この場合、より高精度の制御を行うには、液面センサ17の検知信号を基準レベルと比較してフィードバックにより位置制御をしても良い。いずれにしてもこの液面レベルの制御で定量測定を行う場合、タイマにより対応した動作時間を設定しておく必要がある。
【0021】
図3は吐出式の定圧供給装置の実施の形態を示すもので、前述の実施の形態のもの同一もしくは同等部分は同一符号で説明する。この場合、液圧供給開始後における液面に対する空気吐出による定液圧制御のために、空気タンク13が三方弁15に前置されている。また、液圧設定時に管10に吐出する液を貯えておくために、ローラポンプ20の出口は逆に緩衝タンク21の上端に接続されている。基準液面レベルH1は、液圧設定用液面レベルH2よりも下方に設定されている。基準液面レベルH1は、下側口部12よりも上方へ設定すべきであるが、液圧供給口12aは所望の吐出流量によっては基準液面レベルH1よりも上方へ位置しても良い。制御回路39は次のように作動する。
【0022】
即ち、予備操作により、例えばローラポンプ20の逆回転で液圧供給弁9から下側口部12を経由して空間部を残した緩衝タンク21内及び基準液面レベルH1の下方まで血球希釈液を充填させておく。液圧設定信号に応答して、大気開閉弁14を開放させ、三方弁15を下側口部12に接続させた状態でローラポンプ20を吐出方向へ作動させる。これにより、パイプ11c或は緩衝タンク21の血球希釈液が吐出され、液面センサ16aが基準液面レベルH1を検知した時点で一旦ローラポンプ20を停止させる。大気開閉弁14を閉鎖させた状態で再度ローラポンプ20を作動させ、液面センサ17aが液面の液圧設定用液面レベルH2への上昇を検知した時点でローラポンプ20を停止させる。これにより、液面より上側の大気圧Poの密閉された容積V1が、容積V2に圧縮されたとすると、液圧Pは式(1)により、容積比V1/V2に対応して大気圧よりも高く設定される。さらに、液圧供給信号に応答して、液圧供給弁9を開放させ、三方弁15を上側口部11に接続させた状態で液圧の供給開始後も定液圧を保持するように吐出液量に伴う圧力低下に対応した低速度でローラポンプ20を作動させ、液面が基準液面レベルH1に下降した時点で測定動作を終了させる。
【0023】
このように構成された定圧供給装置の動作を図4を参照して説明する。予備操作に次いで液圧設定キーを操作すると、大気開閉弁14が開放した状態でローラポンプ20は下側口部12から血球希釈液を基準液面レベルH1まで吐出させる。次いで、大気開閉弁14が閉じた状態でローラポンプ20が下側口部12から血液希釈液をさらに吐出して液圧設定用液面レベルH2まで押し上げて、液圧供給口12aには液面より上方の空気容積の圧縮で加圧された定液圧Pが発生される。
【0024】
液圧供給キーを操作すると、液圧供給弁9が開放すると共に、管10内の定液圧Pの陽圧により液圧供給口12aから吐出が開始され、液面が下降する。その際、下降速度に対応した速度でローラポンプ20が回転することにより空気タンク13に向けて部分的血液希釈液が侵入し、増圧された空気が管10内へ吐出され、液圧の供給中は定液圧が保持される。液面が液圧設定用液面レベルH1に達した時点でローラポンプ20が停止すると共に、液圧供給弁9が閉鎖して液圧供給が終了する。液圧供給に際して、検知管5aに血球希釈試料7を上端から供給しておくことにより、先端部の微細孔から吐出され、基準液面レベルH1及び液圧設定用液面レベルH2間に相当する定量の血球数の測定が定液圧下で行われる。
【0025】
この実施の形態及び図1の実施の形態において、検知管の微細孔は流体抵抗が高いために、液圧設定用液面レベルへの液面設定時には液圧供給弁9は開放のままででも良い。
【0026】
液圧供給過程で定液圧を保持するための方法としては、制御回路が、定液圧での供給開始後は液圧設定用液面レベルH2の下降に対応した液圧低下をポンプの吐出により補償するように三方弁15を下側口部12に接続させ、ローラポンプ20により液圧設定用液面レベルH2を保持する速度で回転させることが考えられる。この場合も、液面センサ17aの検知信号を基準レベルと比較してフィードバック制御しても良い。さらに別の定液圧の発生方式として、空気タンク13を図1の位置に配置して三方弁の上側口部11側を液路としておくことにより、液圧の供給開始後は液圧設定用液面レベルH2の下降をポンプの吐出により血球希釈液の供給で補償することも可能である。
【0027】
以上、本発明を吸引式及び吐出式の血球計数器として説明したが、検知管により細胞や微粒子を検出させることもでき、また定液圧供給を必要とする化学薬品製造等の用途も可能である。
【0028】
【発明の効果】
請求項1又は6の発明によれば、圧力センサを用いたフィードバック制御で液圧を制御する方法に較べて、管内に貯えられた液の液面レベルを密閉状態でポンプにより変化させる簡単な構成で、高精度の定陰圧又は定陽圧の液圧供給が可能となる。請求項2又は7の発明によれば、定液圧下の吸引流量又は吐出流量が液面レベルの検知により簡単な方法で正確、かつ任意に設定可能となる。請求項3又は8の発明によれば、液圧供給中、液面が液圧設定用液面レベルに保持されることにより、液圧の供給開始時の定液圧がそのまま保持される。請求項4又は9の発明によれば、液圧供給中、液面上の密閉された空気圧が一定に保持されるように吸引又は吐出されることにより、供給開始時の定液圧がそのまま保持される。この請求項9の発明において、請求項10の発明によれば空気タンクの容積で定液圧の調整が行われるだけでなく、定液圧を一定に保持するに必要な充分な量の吐出用空気が確保できる。請求項5又11の発明によれば、ローラポンプ等の非定常圧ポンプの使用でコスト及び構造的に有利となり、その際ポンプ圧に生じる可能性のあるリップルが平滑化される。請求項12の発明によれば、定液圧が検知管に供給されることにより、検知管に吸引又は検知管から吐出される血液希釈試料を測定する血球計数器が実現される。正確な試料容積について高精度の定圧力下での測定が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による吸引式の定圧供給装置の構成を示す図である。
【図2】同定圧供給装置の動作を説明する図である。
【図3】本発明の実施の形態による吐出式の定圧供給装置の構成を示す図である。
【図4】図3による定圧供給装置の動作を説明する図である。
【図5】別の実施の形態による液面レベル検知手段の構成を示す図である。
【符号の説明】
5 検知管
9 液圧供給弁
10 管
11 上側口部
12 下側口部
12a 液圧供給口
13 空気タンク
14 大気開放弁
15 三方弁
16、16a、17、17a 液面センサ
20 ローラポンプ
21 緩衝タンク
22 光源部
23 受光部
Claims (12)
- 管に設けられた液圧供給口に、管内に液を陰圧で吸引する定液圧を供給する定液圧供給装置において、
液圧供給口の上方に位置する上側口部と、その下方に位置する下側口部とを管に設けると共に、前記上側口部に大気開閉弁を接続し、前記下側口部にポンプを接続し、
前記管に充填された液の液面が前記上側口部よりも下方の基準液面レベル及びこの基準液面レベルより下方で、かつ前記液圧供給口及び前記下側口部よりも上方に位置する液圧設定用液面レベルに達するのを検知する液面レベル検知手段と、この液面レベル検知手段の検知信号に応答して、前記液面が前記基準液面レベルに達したのが検知された時点で前記大気開閉弁を閉鎖させ、前記液面が前記液圧設定用液面レベルに下降するのが検知される時点まで前記ポンプに吸引を行わせて定液圧を設定する制御回路とを備えたことを特徴とする定液圧供給装置。 - 液圧供給口に液圧供給弁が設けられ、
制御回路が、定液圧の供給を開始させる際に前記液圧供給弁を開放させ、液面レベル検知手段が液圧設定用液面レベル又はこの液圧設定用液面レベルよりも上方の所望の容積に対応する供給停止用液面レベルに液面が達するのを検知した検知信号に応答して前記液圧供給弁を閉鎖させることを特徴とする請求項1記載の定液圧供給装置。 - 制御回路が、定液圧の供給開始後、液面を液圧設定用液面レベルに保持するように、ポンプに下側口部から液の吸引を行わせることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の定液圧供給装置。
- ポンプを上側口部又は下側口部に選択的に接続する三方弁を設けると共に、制御回路が、定液圧の供給開始後、液面の上昇に対応した液圧上昇を補償するように、前記ポンプを前記上側口部に接続させてこの上側口部から空気の吸引を行わせることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の定液圧供給装置。
- ポンプが非定常圧ポンプであり、この非定常圧ポンプの出口が、上方に空気室を残して液を貯える緩衝タンクの下端に接続することを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちいずれか記載の定液圧供給装置。
- 管に設けられた液圧供給口に、管から液を陽圧で吐出する定液圧を供給する定液圧供給装置において、
液圧供給口の上方に位置する上側口部と、その下方に位置する下側口部とを管に設けると共に、前記上側口部に大気開閉弁を接続し、前記下側口部にポンプを接続し、
前記管に充填された液の液面が前記上側口部よりも下方の液圧設定用液面レベル及びこの液圧設定用液面レベルより下方で、かつ前記下側口部よりも上方に位置する基準液面レベルに達するのを検知する液面レベル検知手段と、この液面レベル検知手段の検知信号に応答して、前記液面が前記基準液面レベルに達したのが検知された時点で前記大気開閉弁を閉鎖させ、前記液面が前記液圧設定用液面レベルに上昇するのが検知される時点まで前記ポンプに吐出を行わせて定液圧を設定する制御回路とを備えたことを特徴とする定液圧供給装置。 - 液圧供給口に定液圧供給用弁が設けられ、
制御回路が、液圧供給口に定液圧の供給を開始させる際に前記液圧供給弁を開放させ、液面レベル検知手段が液圧設定用液面レベル又はこの液圧設定用液面レベルよりも下方の所望の容積に対応する供給停止用液面レベルに液面が達するのを検知した検知信号に応答して前記液圧供給弁を閉鎖させることを特徴とする請求項6記載の定液圧供給装置。 - 制御回路が、定液圧の供給開始後、液面を液圧設定用液面レベルに保持するように、ポンプに下側口部から液の吐出を行わせることを特徴とする請求項6又は請求項7記載の定液圧供給装置。
- ポンプを上側口部又は下側口部に選択的に接続する三方弁を設けると共に、制御回路が、定液圧の供給開始後、液面の下降に対応した液圧低下を補償するように、前記ポンプを前記上側口部に接続させてこの上側口部から空気の吐出を行わせることを特徴とする請求項6又は請求項7記載の定液圧供給装置。
- 三方弁及び上側口部間に大気開閉弁で密閉される容積を管内容積に加えて拡大する空気タンクが設けられたことを特徴とする請求項9記載の定液圧供給装置。
- ポンプが非定常圧ポンプであり、この非定常圧ポンプの出口が、上方に空気室を残して液を貯える緩衝タンクの上端に接続することを特徴とする請求項6乃至請求項10のうちいずれか記載の定液圧供給装置。
- 液圧供給口に、検知管が接続されることを特徴とする請求項1乃至請求項11のうちいずれか記載の定液圧供給装置。
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